UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FFCLRP - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA
“Influência do tamanho do alvéolo de cria no peso ao nascer e no comportamento de
forrageamento das operárias de abelhas Apis mellifera L.”
CAMILA MAIA DA SILVA
Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das exigências para a obtenção do título de Mestre em Ciências, Área: Entomologia
RIBEIRÃO PRETO - SP 2009
FFCLRP - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA
“Influência do tamanho do alvéolo de cria no peso ao nascer e no comportamento de
forrageamento das operárias de abelhas Apis mellifera L.”
CAMILA MAIA DA SILVA
Orientador: Prof. Dr. David De Jong
Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das exigências para a obtenção do título de Mestre em Ciências, Área: Entomologia
RIBEIRÃO PRETO - SP 2009
AUTORIZO A DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
MAIA-SILVA, CAMILA
Influência do tamanho do alvéolo de cria no peso ao nascer e no comportamento de forrageamento das operárias de abelhas Apis mellifera L. Camila Maia da Silva; Orientador: Prof. Dr. David De Jong – Ribeirão Preto, 2009.
85p.:27il.
Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto/ USP – Departamento de Biologia.
1. Apis mellifera. 2. Tamanho do alvéolo de cria. 3. Peso ao nascer. 4. Atividade Forrageira. 5. Divisão de trabalho.
Aos meus pais Dorival e Rosa
que estão sempre presentes
em todos os momentos da minha vida
e por serem meus verdadeiros mestres;
Às minhas irmãs Fabiana, Carla e Bruna
por me incentivar, me apoiar
e principalmente por serem exemplos
de uma amizade sincera;
Ao meu amor Michael por estar ao meu lado,
e por me permitir momentos únicos,
maravilhosos e
simplesmente inesquecíveis.
Seria impossível sem VOCÊ!!!
Simplesmente Obrigada
Amo vocês!!!!!
Agradeço,
À Deus pelas oportunidades que Ele coloca em meu caminho, pela minha vida e pelo imenso amor de minha família;
Ao Prof. Dr. David De Jong pela oportunidade, orientação, dedicação, incentivo e sugestões durante a realização desse trabalho;
Ao Prof. Dr. Lionel Segui Gonçalves por todos os ensinamentos, auxílio, disponibilidade e amizade durante esses anos;
Ao Prof. Dr. Tiago Maurício Francoy pelos conselhos, correções, apoio e principalmente pela paciência em todos os momentos;
À Profa. Dra. Zilá L.P. Simões e ao Prof. Dr. Carlos Alberto Garófalo, coordenadores do Curso de Pós-Graduação em Entomologia, pelos auxílios prestados sempre que necessário;
Ao Prof. Dr. Ademilson E.E. Soares e Prof. Dr. Evandro Camillo, pela agradável convivência durante esses anos;
Aos técnicos Adelino Penatti, Jairo de Souza, Luiz Roberto Aguiar, Roberto Mazzuco pelo auxílio prestado em todas as ocasiões e principalmente pela amizade e momentos de alegria durante todos esses anos;
À secretaria do Programa de pós-graduação em Entomologia, Renata Andrade Cavallari e
Vera pela imprescindível ajuda e imensa paciência;
Ao trio Daiana Almeida, Marina Lopes Grassi e Vanessa de Andrade Bugalho pela ajuda nos momentos mais difíceis. E pelo melhor ambiente de trabalho do mundo. Valeu meninas!!!
Às minhas queridas amigas Amanda Freire de Assis e Ana Rita T. O. Baptistela pela amizade e companheirismo. Muito obrigada pela maravilhosa convivência!!!
Morais, Rogério Ap. Pereira pela cumplicidade, alegria e apoio em todos os momentos;
Aos queridos amigos do bloco A: Adriana Mendes, Aline Makert, Ana Durvalina Bontorim, Ana Maria Bonetti, Ana Paula Farnesi, Anete Lourenço, Carlos Lobo, Camila, Francis de Morais, Ivan Akatso, Michele Prioli, Moisés Elias, Mônica Florecki, Omar Martinez, Paulo Emílio Alvarenga, Pedro Roberto Prado, Rodrigo Dallacqua, e Weyder Cristiano. Obrigada!!!
À Marcela B. Laure e Vera Lúcia Figueiredo pelo carinho e amizade sempre dedicados, e pelos auxílios prestados durante a coleta de dados;
Aos meus queridos cunhadinhos Ricardo e Willian pelo carinho e incentivo durante todos os momentos. Obrigada por fazerem parte da minha vida!!!
À minha linda sobrinha Maite pela alegria que ela proporciona a nossa família. Amo você!!!
Ao Prof. Dr. Peter Rosenkranz pelo envio das rainhas de Apis mellifera carnica, fundamentais para a realização deste trabalho;
À Karin Gonçalves Rossi e 6 P Marketing e propaganda Ltda pelo fornecimento dos números plastificados utilizados na marcação individual das abelhas, o que possibilitou a realização dos experimentos;
Ao CNPq e FAPESP, pelo suporte financeiro;
Ao Departamento de Biologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto;
Die Biene Maja
Karel Svoboda
In einem unbekannten Land, vor gar nicht allzu langer Zeit, war eine Biene sehr bekannt, von der sprach alles weit und breit.
Und diese Biene, die ich meine, nennt sich Maja kleine, freche, schlaue Biene Maja.
Maja fliegt durch ihre Welt, zeigt uns das, was ihr gefällt.
Wir treffen heute uns're Freundin Biene Maja diese kleine, freche Biene Maja.
Maja, alle lieben Maja
Maja (Maja) Maja (Maja) Maja, erzähle uns von dir.
Wenn ich an einem schönen Tag durch eine Blumenwiese geh' und kleine Bienen fliegen seh' denk' ich an eine, die ich mag:
Und diese Biene, die ich meine, nennt sich Maja kleine, freche, schlaue Biene Maja.
Maja fliegt durch ihre Welt, zeigt uns das, was ihr gefällt.
Wir treffen heute uns're Freundin Biene Maja diese kleine, freche Biene Maja.
Maja, alle lieben Maja
Maja (Maja) Maja (Maja) Maja, erzähle uns von dir.
“Influência do tamanho do alvéolo de cria no peso ao nascer e no comportamento de
forrageamento das operárias de abelhas Apis mellifera L.”
Uma eficiente coleta de alimento é fundamental para colônias de insetos sociais, pois garante o crescimento e reprodução da colônia. Portanto, para profundamente entender como o forrageamento é regulado a compreenção dos fatores que influenciam este comportamento é muito importante. Devido ao fato, que existem várias diferenças comportamentais entre as abelhas Apis mellifera africanizadas (poli-híbrido) e as abelhas Apis mellifera de subespécies de origem européias, algumas respostas podem ser obtidas atrvés da comparção entre tais abelhas. Alguns fatores como o tamanho corporal, indicado pelo peso da operária recém-nascida, podem contribuir para a organização social de tais abelhas e conseqüentemente influenciar o comportamento forrageiro. Sabe-se que, com o objetivo de produzir abelhas africanizadas de tamanho maior, uma prática muito comum entre os apicultores profissionais é o uso de cera estampada com padrões europeus (alvéolos maiores), no entanto os efeitos deste tipo de prática são desconhecidos. Os objetivos deste trabalho se constituíram em investigar a influência do peso e das características genéticas das operárias africanizadas e européias no comportamento de forrageamento de pólen em duas estações do ano. Para tal, observamos a atividade forrageira de abelhas Apis mellifera africanizadas e de abelhas Apis mellifera carnica desenvolvidas em alvéolos de cria grandes (tamanho européia) e pequenos (tamanho africanizada). Os experimentos foram realizados no Apiário Experimental do Departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP. Próximo ao laboratório foi montada uma Estação Climatológica Modelo Vantage Pro-2 acoplada ao computador (com recepção wireless) para registro dos dados climáticos. Para realizarmos os experimentos utilizamos operárias recém-nascidas de abelhas Apis mellifera africanizada e de abelhas Apis mellifera carnica. Para determinar uma possível variação no peso das operárias, utilizamos favos de cria contendo alvéolos grandes (5.4 mm de largura) e pequenos (4.6 mm de largura). No momento do nascimento de cada operária, tais abelhas foram cuidadosamente pesadas e marcadas no tórax com etiquetas numeradas e coloridas. Posteriormente as abelhas foram introduzidas em uma colônia de observação de abelhas africanizadas. Neste estudo foram marcadas 1384 operárias. Para avaliarmos uma possível influência do peso e das características genéticas das operárias no
comportamento de forrageamento realizamos dois experimentos. No experimento 1 realizamos a comparação entre forrageadoras africanizadas desenvolvidas em alvéolos pequenos (AAP) e grandes (AAG). No experimento 2 realizamos a comparação entre forrageadoras Apis mellifera africanizadas desenvolvidas em alvéolos pequenos (AAP) e grandes (AAG) e, forrageadoras Apis
mellifera carnica desenvolvidas nos alvéolos pequenos (ACP) e grandes (ACG), ambos em
colônia de abelhas Apis mellifera africanizada. Desta maneira, constatamos que o tamanho do alvéolo determina o peso das operárias recém-nascidas. O peso das operárias desenvolvidas em alvéolos grandes foi maior do que o peso das operárias desenvolvidas em alvéolos pequenos (Experimento 1: AAP = 89.9 ± 5.35 mg; AAG = 101.8 ± 7.65 mg p < 0.001; Experimento 2: AAP = 91.3 ± 6.22 mg; AAG = 99.6 ±7.10 mg; ACP = 108.5 ± 4.75 mg e ACG = 115.3 ± 9.25 mg, p < 0.001). Verificamos que as operárias carnicas desenvolvidas em alvéolos pequenos (4.6 mm) tiveram o peso corporal reduzido, ou seja, o tamanho do alvéolo limitou o crescimento das larvas de operárias carnicas. Existe influência genética na determinação dos pesos das operárias, visto que, as operárias A. m. carnica sempre apresentaram peso corporal superior ao peso das operárias de abelhas africanizadas. Ocorreram variações no peso das operárias e variações comportamentais na atividade de forrageamento durante as diferentes estações do ano. Nosso estudo indicou que, em geral, a atividade de coleta de pólen foi maior no grupo das AAG (Experimento 1, p < 0.001 e Experimento 2, p = 0.002), demonstrando que tais abelhas são mais eficientes na coleta de pólen do que as AAP. Em ambos os experimentos, as abelhas desenvolvidas em alvéolos grandes (AAG) iniciaram a atividade forrageira mais cedo do que as abelhas desenvolvidas em alvéolos pequenos (AAP) embora, a idade média do experimento 1 não apresentou diferença estatística (Experimento 1: AAP = 12 dias; AAG = 11 dias, p = 0.659 e
Experimento 2: AAP = 18 dias; AAG = 17 dias, p < 0.05). No experimento 1 a longevidade
média das operárias africanizadas desenvolvidas em alvéolos grandes foi maior do que das operárias africanizadas desenvolvidas em alvéolos pequenos (Experimento 1: AAP = 12 dias; AAG = 14 dias, p = 0.044). O comportamento de forrageamento de pólen das abelhas carnicas desenvolvidas em alvéolos pequenos e grandes (ACP e ACG) não apresentou diferença estatística. A idade média do início do forrageamento das operárias desenvolvidas em alvélos pequenos foi menor do que a idade média das operárias desenvolvidas em alvéolos grandes (AAP = 17 dias e ACG = 18 dias), porém estes resultados não apresentaram diferença estatística. Aparentemente, o inicio da atividade forrageira influenciou o índide de mortalidade das ACP durante os primeiros vôos de forrageamento. Pois, tais abelhas tiveram longevidade média menor do que as operárias ACG (AAP = 19 dias e ACG = 20 dias, p = 0.0016). Observamos também
porcentagem de abelhas forrageiras africanizadas que coletaram pólen foi maior do que a porcentagem de abelhas forrageiras A. m. carnica (p = 0.001), demonstrando que as abelhas africanizadas apresentam preferências intrínsecas mais altas, para executar tarefas relacionadas à coleta de pólen. Visto que as operárias africanizadas forragearam mais do que as operárias carnicas conseqüentemente, as operárias africanizadas tiveram longevidade média menor do que as operárias carnicas (africanizadas, 19 dias e carnicas, 20 dias).
ABSTRACT
"Influence of the brood-comb-cell size on weight at eclosion and foraging behavior of Apis
mellifera L."
Efficient food gathering is essential for social insect colonies, because it is necessary for colony growth and reproduction. In order to understand how foraging is regulated, it is important to know the factors that influence this behavior. As there are behavioral differences between Africanized honey bees (a predominantly African polyhybrid of African (Apis mellifera
scutellata) and European Apis mellifera subspecies) and bees of European subspecies, some
answers may be obtained by comparing such bees. Size, which can be measured as a function of weight at eclosion of the adult, could also be a factor. Traditionally, beekeepers in Brazil have used European-bee-size wax foundation, resulting in larger brood comb cells, but without understanding the effects on the bees and on their production characteristics. We examined the effects of bee size and the type of bee on pollen foraging behavior of bees during two distinct seasons. This was done with workers of Africanized bees and of Carniolan bees (Apis mellifera
carnica) that were reared in large (European size) and small (Africanized size) brood cells. These
experiments were carried out in an experimental apiary on the University of São Paulo campus in Ribeirão Preto in the state of São Paulo. A automated climate station in the apiary was used to record climatic data. Africanized and Carniolan bees were reared in large (5.4 mm width) and small (4.6 mm width) brood cells. Immediately after eclosion, the new adults were weighed and marked with numbered and colored discs. These bees (n = 1,384) were introduced into a one-standard-Langstroth-frame observation hive populated with Africanized bees. An initial experiment was done, comparing Africanized bees reared in small and large cells. In a second experiment, both Africanized and European bees were reared in small and large cells. The cell size had a strong influence on the weight of the recently emerged bees. The weight of Africanized bees reared in large cells in the first experiment (101.8 ± 7.65 mg) was significantly greater than the weight of Africanized bees reared in small cells (89.9 ± 5.35 mg) (p < 0.001). The same tendency among Africanized bees was maintained in the second experiment (99.6 ±7.1 mg and 91.3 ± 6.2 mg, respectively) (p < 0.001). Carniolan bees reared in large cells (115.3 ± 9.25 mg) were also significantly heavier than those reared in small cells (108.5 ± 4.75 mg) (p < 0.001). There was also a genetic influence on body size, as Carniolan bees reared in the same size cells as Africanized bees were significantly heavier; this trend was found both in bees reared in
Experiment 2, p = 0.002). In both trials, the Africanized bees reared in large cells began foraging for pollen at a younger age than did those reared in small cells, though the difference between the means was not significant in trial 1(Experiment 1 – large cell bees - 11 days, small cell bees 12 days, p = 0.659; Experiment 2 – large cell bees 18 days, small cell bees 17 days, p < 0.05). The mean longevity of the Africanized bees reared in large cells was greater (14 days) than that of those reared in small cells (12 days) in Experiment 1(Experiment 1: AAP = 12 days; AAG = 14 days, p = 0.044). Pollen foraging did not differ significantly between Carniolan bees reared in small and large cells.The mean age for beginning pollen foraging was lower for Carniolan bees reared in small cells than those reared in large cells, though the difference was not significant (17 and 18 days, respectively). The mean longevity was also shorter among the Carniolan bees reared in small cells compared to those reared in large cells (19 days versus 20 days, respectively). Apparently, beginning foraging earlier influenced longevity in the Carniolan bees, as those produced in small cells had a shorter lifespan (19 days versus 20 days, p = 0.0016). The mean age to begin foraging was the same for the Africanized and Carniolan bees (18 days); however, a significantly larger percentage of Africanized bees were pollen foragers (P < 0.001). The Africanized bees had a slightly shorter mean lifespan (19 days) than did the Carniolan bees (20 days), though this could be a consequence of more intense foraging activity by the Africanized bees.
Índice Resumo... Abstract... ...i ...iii 1. INTRODUÇÃO ...1
1.1. Organização social das abelhas Apis mellifera... ...2
1.1.1. Divisão de trabalho entre operárias ...3
1.1.2. Plasticidade da divisão de trabalho ...4
1.2. O comportamento forrageiro das abelhas Apis mellifera...6
1.2.1. Mecanismos que regulam o comportamento de forrageamento...9
1.2.2. Regulação do comportamento de forrageamento de pólen...13
2. OBJETIVOS ...17 3. MATERIAL E MÉTODOS ...19 3.1. Locais de Estudos ... 3.2. Espécies Estudadas ... 3.3. Procedimento Experimental ... ...19 ...19 ...20
3.3.1. O efeito do tamanho do alvéolo do favo sobre o tamanho do corpo (peso) das operárias...20
3.3.2. Efeito do tamanho do corpo (peso) das operárias sobre o comportamento de forrageamento...23
3.4. Análise Estatística ...29
4. RESULTADOS ...31
4.1. O efeito do tamanho do alvéolo do favo sobre o tamanho do corpo (peso) das operárias... 4.1.1. Experimento 1. Peso ao nascer de operárias africanizadas desenvolvidas em alvéolos grandes pequenos... 4.1.2. Experimento 2 . Peso ao nascer de operárias africanizadas e carnicas desenvolvidas em alvéolos grandes e pequenos... 4.1.3. Comparação do peso das operárias experimento 1 e 2... ...31
...31
...34
...38
4.2. Analise das variáveis climáticas (temperatura, chuva e umidade relativa do ar) durante os experimentos...39
4.3. O efeito do tamanho do corpo (peso) das operárias sobre o comportamento de forrageamento... 4.3.1. Experimento 1. Comportamento de forrageamento das operárias africanizadas (AAP e AAG) 4.3.2. Experimento 2. Comportamento de forrageamento das operárias africanizadas e carnicas (AAP, AAG, ACP, ACG)... ...41
...41
...48
5. DISCUSSÃO...60
5.1. O efeito do tamanho do alvéolo do favo sobre o tamanho do corpo (peso) das operárias... 5.2. Analise das variáveis climáticas (temperatura, chuva e umidade relativa do ar) durante os experimentos... 5.3. O efeito do tamanho do corpo (peso) das operárias sobre o comportamento de forrageamento... ...60
...65
...66
6. CONCLUSÕES... ...74
Introdução 1
1. INTRODUÇÃO
Colônias de insetos eusociais (formigas, cupins, algumas vespas e algumas abelhas) são estruturadas de modo a possuírem características marcantes, como a divisão de trabalho, a diferenciação de castas, o cuidado cooperativo com a cria e a sobreposição de gerações (Wilson, 1971). Em uma colônia de Apis mellifera, por exemplo, tem sempre alguns indivíduos comprometidos com o comportamento forrageiro, outros na construção do ninho, enquanto outros alimentam larvas, processam o mel, guardam a entrada, entre outras atividades. Quando um intruso ameaça a entrada do ninho, centenas ou milhares de abelhas operárias podem responder imediatamente ferroando o intruso e, então, sacrificando a própria vida. Desta maneira, o ato de sacrificar a própria vida em defesa da colônia, é sinal de que a seleção está operando no nível da colônia e não no nível do indivíduo (Page & Erber, 2002).
Portanto, para profundamente entender o comportamento de insetos sociais, dois níveis devem ser considerados, o nível individual e o nível da colônia. Em analogia aos organismos superiores compostos de múltiplas células, colônias de insetos sociais são freqüentemente considerados "super-organismos" (Wilson, 1971; Moritz & Fuchs, 1998), nos quais cada operária faz o papel de uma célula somática. Porém ao contrário dos organismos multicelulares, colônias de insetos sociais há pouco ou nenhum controle central a fim de coordenar o comportamento das suas subunidades. A decisão de cada operária de iniciar, continuar ou abandonar certa tarefa depende de estímulos locais, assim como interações com companheiras do ninho ou pistas ambientais (Moritz & Fuchs, 1998). Portanto, devido à falta de uma direção superior, é surpreendente como um "super-organismo" consegue organizar as decisões das suas "células" a fim de otimizar seu comportamento (Jarau & Hrncir, 2009).
Provavelmente o melhor exemplo estudado de processos organizados em insetos sociais é o forrageamento, e este serve de referência para explicar ou entender outros processos comportamentais (Page & Erber, 2002). De fato, a exploração eficiente de fontes alimentares é decisiva para a sobrevivência das colônias. A colônia equivale a um animal solitário, pois tenta otimizar seu influxo alimentar através do ajuste das decisões e estratégias forrageiras frente às respectivas condições ambientais e a sua própria condição
fisiológica. Porém, para efetuar esses ajustes, a organização e a coordenação efetiva das operárias são indispensáveis. Por outro lado, o sucesso do forrageamento depende em geral, das decisões das forrageadoras e da sua capacidade de achar recursos e coletar alimento. Para a compreensão completa de processos forrageiros, é imprescindível entender o nível individual, o nível colonial e as interações entre os dois (Jarau & Hrncir, 2009).
1.1. ORGANIZAÇÃO SOCIAL DAS ABELHAS Apis mellifera
Em insetos sociais, o comportamento de cada indivíduo foi selecionado para promover o crescimento e a reprodução da colônia (Wilson, 1971). Uma colméia de abelhas Apis mellifera é formada por três tipos de indivíduos: zangões, rainha e operárias os quais exercem papéis distintos nessa sociedade (Winston, 1987). Os zangões, que se desenvolvem a partir de ovos não fertilizados, executam uma só função, a importante tarefa de fecundar a rainha (Michener, 1974; Winston, 1987).
Rainha e operárias, que se desenvolvem a partir de ovos fertilizados, formam duas castas distintas (Michener, 1974). Se um ovo fertilizado vai se desenvolver em uma operária ou em uma rainha depende da composição do alimento fornecido à larva em desenvolvimento, durante os primeiros três dias de vida larval. Os fatores nutricionais agem sobre o sistema hormonal da larva assim, a quantidade e qualidade do alimento fornecido a uma larva em desenvolvimento determinam sua casta. O alimento da rainha é chamado de “geléia real” e difere do alimento das operárias, além da quantidade fornecida, por conter mais secreções da glândula mandibular das operárias nutrizes (Winston, 1987).
A rainha é a única fêmea fértil capaz de ser fecundada e, além da função reprodutora, é capaz de manter a organização social da colônia utilizando-se de feromônios por ela sintetizados (Seeley, 1985). Esse controle por sinais químicos, sobre a colônia, também influencia na fisiologia das operárias fazendo com que permaneçam estéreis (Winston, 1987).
No decorrer da vida de uma operária adulta cada indivíduo passa por uma seqüência regular de tarefas, começando pela limpeza de alvéolos, terminando com o
Introdução 3
forrageamento. Esse fenômeno, troca de funções com a idade, é chamado de "polietismo etário" (Seeley, 1982, 1985).
1.1.1. DIVISÃO DE TRABALHO ENTRE OPERÁRIAS
Além da divisão de trabalho entre rainha e operárias para reprodução, uma colônia apresenta também uma divisão de trabalho entre as operárias que executam tarefas relacionadas com o crescimento e o desenvolvimento da colônia (Robinson, 1992). A diferenciação dos membros de uma colônia em especialistas de trabalho, combinado com a sua integração pelo sistema de comunicação, permite que uma colônia trabalhe muito mais eficientemente do que se ela fosse uma agregação simples de indivíduos idênticos (Seeley, 1985).
O padrão que define a especialização para o trabalho entre as operárias é a idade. A divisão de trabalho em operárias de abelhas Apis mellifera está intimamente relacionada com as diferentes características morfológicas, fisiológicas e comportamentais, típicas de idades específicas (Seeley, 1982, 1985). Uma conseqüência deste relativo sincronismo de troca no desempenho de tarefas (polietismo etário) é a existência de quatro estágios comportamentais, claramente definidos entre as operárias:
1) as responsáveis pela limpeza dos alvéolos, 2) as responsáveis pelo cuidado com a cria, 3) as responsáveis pelo armazenamento de alimento e 4) as responsáveis pelo
forrageamento (Seeley, 1982).
A organização do espaço do ninho está envolvida na organização da divisão temporal do trabalho. O primeiro estágio comportamental é formado por operárias relacionadas à limpeza de alvéolos do favo (comportamento realizado no centro do ninho e composto por operárias de 0 - 2 dias), o segundo estágio é formado por operárias que executam tarefas relacionadas ao cuidado com a cria como: alimentação da cria e rainha, e também operculação e desoperculação dos alvéolos de cria (comportamento realizado
no centro do ninho e composto por operárias de 2 - 11 dias), o terceiro estágio é formado
por operárias responsáveis pelo armazenamento de alimento e também pela alimentação e higiene (“grooming”) das companheiras, pela ventilação e pela construção dos favos (comportamento realizado na periferia do ninho e composto por operárias de 11 - 20
dias), o quarto estágio é formado só por forrageadoras (ocorre fora do ninho e é composto por operárias de 20+ dias) (Seeley, 1982).
A passagem entre atividades intranidais para o forrageamento é claramente uma adaptação, pois as operárias que executam as atividades intranidais, possuem maior proteção do que as abelhas forrageiras - operárias mais velhas – que estão mais expostas a acidentes e a predadores. Desta forma, adiando o trabalho mais perigoso para idades mais avançadas uma operária garante um maior período de vida e de contribuição à colônia (Seeley, 1982, 1985).
Outro fator importante da divisão de trabalho é que as operárias não são especialistas extremas de trabalho, mas ao contrário, são semi-especialistas e executam um conjunto de tarefas a cada idade. Pois, se as operárias fossem especialistas em uma única tarefa a cada idade, elas não seriam eficientes na localização da região de execução dessa tarefa, pois as operárias procurariam, em área relativamente grande, por locais adicionais de trabalho para executar a sua única tarefa (Seeley, 1985). Porém, uma pequena porcentagem de operárias se especializa em executar tarefas raras como vigiar a entrada da colônia ou remover escombros (abelhas mortas) para contribuir com o sucesso da colônia (revisado por Robinson, 1992).
1.1.2. PLASTICIDADE DA DIVISÃO DE TRABALHO
A plasticidade do comportamento é um fator chave para a divisão de trabalho nas sociedades de insetos (Robinson, 1992). Estudos que integram a biologia do comportamento, a endocrinologia, a genética e a biologia do desenvolvimento têm explorado a regulação da plasticidade da divisão de trabalho em colônias de Apis
mellifera (Robinson, 1992; Robinson et al., 1989; Huang & Robinson, 1996; Giray & Robinson, 1994).
O polietismo etário é um padrão bem estabelecido, porém a idade de realização de cada tarefa específica é extremamente flexível, e as abelhas podem acelerar, atrasar ou reverter esse padrão de comportamento (Robinson, 1992). A plasticidade da divisão de trabalho ocorre em função de mudanças fisiológicas das operárias, como resultado da influência ambiental na determinação do comportamento (revisado por Robinson, 1992).
Introdução 5
Há uma flexibilidade considerável na transição do comportamento de dentro da colônia para o forrageamento (Michener, 1974), determinada pelas condições internas da colônia e pelas condições ambientais (Huang & Robinson, 1996). Além disso, quando necessário, a operária forrageira pode voltar a exercer o papel de nutridora (Bloch & Robinson, 2001).
Internamente, uma colônia enfrenta mudanças no tamanho da população e na distribuição da idade dos seus indivíduos (idade demográfica da colônia), e essas mudanças estão associadas ao desenvolvimento colonial, à disponibilidade de alimento, ao período do ano, à pressão predatória e às condições climáticas (Huang & Robinson, 1996). A flexibilidade, plasticidade, permite que as colônias respondam a estas mudanças nas condições internas e externas através do ajuste do número de operárias individuais engajadas nas diferentes tarefas, contribuindo desta forma, para o sucesso reprodutivo da colônia bem como para crescimento e o desenvolvimento contínuo e a produção de uma nova geração de sexuados (Robinson, 1992; Huang & Robinson, 1996).
De acordo com os resultados encontrados por Huang & Robinson (1996), a idade que uma abelha inicia o forrageamento está relacionada com quantidade de abelhas forrageiras presentes no ninho. Em colônias formadas apenas por operárias jovens, os vôos de orientação, atividade de guarda e o forrageamento iniciaram mais cedo sugerindo que a idade demográfica de uma colônia influencia diretamente na divisão de trabalho.
Por exemplo, em colméia manipulada “single-cohort”, constituída inteiramente por abelhas de mesma idade, foi observado que devido à falta de operárias mais velhas, algumas abelhas mesmo jovens (três dias) iniciaram o comportamento de forrageamento (Morais-Vátimo, 2008), enquanto outras mostraram um desenvolvimento normal do comportamento executando o papel de nutridora. A ausência de abelhas forrageiras (idades mais avançadas) estimula o início do forrageamento das operárias jovens da colméia (Huang & Robinson, 1996).
1.2. O COMPORTAMENTO FORRAGEIRO DAS ABELHAS Apis mellifera
O comportamento forrageiro das abelhas Apis mellifera é foco de muitos estudos sobre a plasticidade do comportamento do nível individual e do nível da colônia (Page & Erber, 2002). A atividade, relacionada com a idade das operárias, que apresenta maior variação, envolve os vôos para fora da colônia, vôos de orientação e forrageamento. Normalmente, um dia antes de iniciar o forrageamento as operárias executam vôos em círculos (vôos de orientação). Dessa forma, esses círculos gradualmente crescentes, servem para familiarizar as operárias com os marcos existentes ao redor do ninho e com a localização da entrada (Winston, 1987). Todavia, a atividade de vôo das abelhas não ocorre somente para forragear, também ocorre para retirar o lixo, chamado de detrito, do interior da colônia, o qual é formado por restos de favo, abelhas mortas, exúvias larvais e pupais, entre outros (Michener, 1974).
As forrageiras deixam a colônia para coletar pólen, néctar, água e própolis, uma resina coletada das plantas e usada na construção do ninho e na defesa contra microorganismos. Algumas abelhas coletam somente pólen ou néctar enquanto outras coletam ambos, em proporções variadas, em cada viagem forrageira (Page & Erber, 2002). As condições da colônia e os recursos encontrados pelas forrageiras no campo determinam qual recurso, ou qual combinação de recursos, será coletado (Winston, 1987). O tempo de vida de uma forrageira é curto, algumas coletam por apenas 4 ou 5 dias antes de morrer.
A atividade forrageira varia sazonalmente ao longo do ano, principalmente em relação à quantidade de pólen coletada pelas colônias. A atividade forrageira é influenciada por fatores ambientais, meteorológicos, temperatura, intensidade de luz, vento, chuva e umidade relativa, os quais também podem influenciar a oferta de recursos pelas plantas (Nunes-Silva, 2007). Análises da relação entre vento, chuva, e intensidade de forrageamento mostraram diminuição do forrageamento com ventos fortes e chuva intensa (Winston, 1987).
Alguns fatores intrínsecos das operárias podem interferir na decisão individual de iniciar a atividade forrageira e de continuar ou não a realizar essa atividade. Tais fatores estão relacionados à genética, aos sistemas neurais e hormonais, a memória e idade das
Introdução 7
operárias (informações aprendidas e experiência prévia). Além disso, informações da colônia tais como, os estímulos que causem a realização do trabalho (recursos estocados, odores, entre outros) e as interações entre as operárias (trofaláxis, danças), ou ainda fatores externos da colônia, disponibilidade de flores, competição nas fontes de alimento, também interferem na decisão individual das operárias (Beshers & Fewel, 2001; Page & Erber, 2002).
Fatores internos das colônias (tamanho da colônia, quantidade de cria e quantidade de alimento estocado) são estímulos muito importantes do forrageamento (Michener, 1974). Por exemplo, o estado nutricional da colônia interfere na característica do néctar que será coletado pelas forrageiras. Quando a situação alimentar de uma colônia é boa, as forrageadoras exploram somente fontes lucrativas de néctar (ricas em carboidrato), mas quando a situação é ruim, as forrageadoras da colônia exploram tanto fontes lucrativas como fontes menos lucrativas (Seeley, 1989).
Além disso, a atividade forrageira inclui uma partição de tarefas, ou seja, quando uma forrageira de néctar retorna ao ninho, ela transfere o néctar coletado no campo para uma operária receptora, que deposita o néctar em um alvéolo do favo. Desta maneira, coletar néctar é uma tarefa das abelhas forrageiras que deve ser completada pelas abelhas receptoras (Seeley, 1989; Ratnieks & Anderson, 1999).
As operárias do ninho também manipulam o pólen, porém só depois que esse já foi depositado nos alvéolos, pois as forrageadoras coletam o pólen disponível nas flores e então, retornam ao ninho e depositam as cargas de pólen diretamente nos alvéolos do favo. Exceto pólen, todos os outros recursos coletados pelas forrageiras (néctar, resina e água) são transferidos para outras operárias no ninho (Winston, 1987).
A partição de tarefas no forrageamento de néctar tem benefícios e custos. Um dos custos é o tempo gasto para a passagem do material entre os indivíduos direta ou indiretamente. Além disso, quando há transferência direta do material entre os indivíduos, atrasos podem ocorrer. Quando as forrageiras esperam receptoras para a passagem do material ou quando as receptoras esperam pelas forrageiras, dependendo do grupo que está em excesso, é uma importante informação para as operárias sobre a necessidade de um determinado recurso na colônia (Seeley, 1989; Ratnieks & Anderson, 1999).
Desta forma, as forrageadoras percebem a falta ou o excesso de alimento dentro da colônia através da freqüência de contatos com as abelhas que recebem o alimento (operárias receptoras). Se as forrageadoras percebem que faltam operárias para receber o alimento, elas ativam suas companheiras através de danças de tremor ("tremble dance") e assim aumentam a capacidade de processamento do alimento ("feedback" positivo). Por outro lado, a dança de tremor tem um efeito inibidor às danças de requebrado, o sinal que ativa forrageadoras adicionais ("feedback" negativo) (Seeley, 1995).
A atividade forrageira de uma colônia pode ser definida pelo número de abelhas forrageiras para cada recurso em um dado momento. Esta atividade pode mudar por conseqüência da plasticidade do comportamento das forrageiras (Page & Erber, 2002). A comunicação entre as operárias, junto aos mecanismos de orientação, permite o recrutamento e a exploração efetiva dos recursos. As abelhas, por exemplo, podem ajustar o esforço de forrageamento, principalmente através da mudança do número total de forrageiras de néctar e não através do aumento no número de viagens de coletas dessas forrageiras. Isto deve permitir que as colônias explorem fontes efêmeras de néctar rapidamente, visto que um maior número de operárias forrageiras irá coletar esse recurso simultaneamente, tornando a tarefa mais eficiente do que se fosse realizada através de um aumento no número de vôos individuais (Thom et al., 2000).
A habilidade dessas abelhas em compartilhar a informação sobre os locais das fontes de alimento, ajuda suas colônias a alcançar uma alta eficiência no forrageamento. Se uma abelha descobre uma nova e rica fonte de alimento ela recruta, prontamente, suas companheiras para a mesma, e assim ajuda a assegurar que as forças de forrageamento da colônia permaneçam focalizadas nas fontes de alimento mais ricas (Seeley, 1985). As abelhas Apis mellifera possuem uma "linguagem referencial", em que as forrageadoras, que encontram uma fonte de alimento valiosa, indicam sua posição (direção e distância da colônia), através da famosa "dança do requebrado" dentro do ninho. O movimento desta dança pode ser dividido em dois componentes: o primeiro, a direção da fase de requebrado ("waggle phase") relativa à gravidade e que corresponde à direção da fonte de alimento, relativa à posição do sol, e o segundo, a duração da fase do requebrado que está correlacionado com a distância do recurso (Seeley, 1985; Dyer, 2002). Não somente encontra-se uma alta correlação entre os componentes do movimento e a posição da fonte
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de alimento, mas também, existem provas experimentais de que as abelhas recrutadas usam essas informações para achar determinada fonte (Dyer, 2002). Além da posição e distância da fonte de alimento, as forrageiras também podem informar a qualidade de um recurso. A qualidade de uma fonte de néctar, por exemplo, pode ser determinada através do tempo que a forrageira gasta para coletar tal recurso e a energia obtida a cada viagem e, a alta lucratividade da fonte provoca um aumento na produção de dança, executada por cada abelha forrageira, dentro do ninho (Maia-Silva et al., 2008).
1.2.1. MECANISMOS QUE REGULAM O COMPORTAMENTO DE FORRAGEAMENTO
Mudanças nas atividades temporais executadas pelas operárias são acompanhadas por mudanças, ativação e regressão, na atividade das glândulas exócrinas (Michener, 1974; Robinson, 1985; Seeley, 1985). A transição do comportamento das operárias de dentro da colônia para o forrageamento é acompanhada por mudanças na dieta (Crailsheim et al., 1992), pela redução do estoque de lipídeos estomacais (Toth & Robinson, 2005), pela redução de proteínas da hemolinfa (Crailsheim, 1986), pelo aumento do hormônio juvenil (HJ) (Fluri et al., 1982), e pelo alto nível de octopamina no cérebro (Schulz & Robinson, 2001).
Durante a transição da tarefa de nutridora para forrageadoras a glândula mandibular deixa de sintetizar alimento larval para produzir 2-heptanona, um feromônio de defesa da colônia (Robinson, 1985). Além disso, as glândulas produtoras de cera, responsáveis pela construção dos favos, diminuem de tamanho e atividade secretora (Seeley, 1985). Desta forma, quando as operárias estão envolvidas na defesa da colônia e no forrageamento elas deixam de produzir alimento larval e cera e passam a produzir feromônios de alarme (Seeley, 1985). Assim como o comportamento forrageiro, o comportamento defensivo é mais intenso nas abelhas mais velhas do que nas mais jovens (revisado por Robinson, 1992).
Nas operárias o hormônio juvenil (HJ), um hormônio de crescimento produzido pelo “corpora allata" dos insetos, coordena mudanças na atividade das glândulas exócrinas, portanto, está envolvido na regulação do polietismo etário das abelhas Apis
mellifera (Robinson, 1985, 1992). O nível de hormônio juvenil na hemolinfa das abelhas
operárias aumenta continuamente durante a vida adulta, controlando as mudanças relacionadas com a idade (Robinson, 1985). Baixos títulos de HJ estão associados com comportamentos dentro do ninho, tais como o cuidado com a cria durante as três primeiras semanas de vida das operárias, contudo altos títulos de HJ a partir da terceira semana estão associados ao forrageamento (Fluri et al., 1982; Robinson, 1985, 1992).
Estudos demonstraram que as operárias de abelhas Apis mellifera tratadas com hormônio juvenil iniciaram a atividade forrageira mais cedo (Robinson, 1985, 1987; Robinson et al., 1989). Assim, a plasticidade do forrageamento pode ser regulada pelo nível de HJ das operárias, visto que, operárias com títulos mais altos de HJ iniciam o forrageamento precocemente, enquanto, as nutridoras têm baixos títulos, e as abelhas que revertem do forrageamento para nutrição da cria mostram uma queda no título de HJ (Robinson et al., 1989, 1992). Segundo Huang & Robinson (1992), a presença de operárias mais velhas inibe a produção de HJ nas operárias mais jovens.
Além disso, as aplicações de HJ em Apis mellifera induziram diversas mudanças na fisiologia das operárias associadas ao polietismo etário, tais como a degeneração prematura das glândulas hipofaringeanas, um processo que geralmente acompanha a saída do ninho para as atividades no campo (Robinson, 1992), e outro efeito foi a produção prematura dos feromônios de alarme e defesa, 2-heptanona e acetato de isoamil (Robinson, 1985). Contudo estudos demonstraram que as abelhas iniciaram o forrageamento mesmo depois da remoção do " corpora allata " (CA) porém, mais tarde do que as operárias com CA. Assim, o HJ não é necessário para iniciar o comportamento forrageiro, mas é importante para determinar a idade em que as mudanças de comportamento ocorrem (Sullivan et al., 2000).
Estudos demonstraram que há também uma regulação genética da divisão de trabalho, sendo o genótipo das operárias um componente importante do comportamento forrageiro (revisado por Robinson, 1992; Page & Erber, 2002). Embora todos os membros de uma colônia de abelhas compartilhem a mesma mãe não compartilham o mesmo pai, este fato é muito relevante para entender a evolução da vida social da abelha (Seeley, 1985). A rainha acasala com diferentes machos, durante vários vôos de acasalamento. No final desse período de acasalamento, os espermatozóides ficam
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armazenados em pacotes dentro da espermateca da rainha (Page, 1986). O efeito dos muitos acasalamentos é a complexidade das relações genéticas dentro da colônia (Seeley, 1985). Cada zangão que fecunda a rainha dá origem a uma subfamília, portanto membros de uma subfamília são mais próximos entre si do que com membros de outras subfamílias (Giray & Robinson, 1994). Tais subfamílias demonstraram diferenças no comportamento intranidal e também na atividade de coleta de pólen e néctar, demonstrando a influência da variedade genotípica na divisão de trabalho (revisado por Robinson, 1992).
A espécie Apis mellifera possui cerca de 24 subespécies ou "raças geográficas" que diferem não somente na cor do corpo e detalhes estruturais, tais como comprimento do língua, tamanho do corpo e cobertura de pêlo, mas também no comportamento social (Ruttner, 1988).
Alguns estudos verificaram que existem diferenças raciais na idade em que as campeiras iniciaram o primeiro vôo de forrageamento (Winston & Katz, 1982; Brillet et al., 2002). Segundo Winston & Katz (1982) as operárias africanizadas, abelhas poli-hibridas resultantes do cruzamento entre as subespécies européias (A. m. mellifera, A.m.
ligustica, A.m. carnica e A.m. caucasiana entre outras) e africana (Apis mellifera scutellata) iniciam o forrageamento mais cedo do que as operárias das raças européias.
Segundo Winston & Katz (1982), em colônias de abelhas Apis mellifera existem estímulos para o forrageamento. Estes estímulos incluem a distribuição da idade das operárias, a longevidade das operárias, o tamanho da colônia, a quantidade de cria, o estoque de mel e pólen na colônia bem como a disponibilidade de néctar e pólen no campo, e o nível de atividade da colônia. Segundo estes autores, existem diferenças entre as raças em relação aos estímulos para o forrageamento, de cada colônia. Pois, uma vez que as operárias africanizadas, em colônias européias, iniciam o forrageamento mais tarde, enquanto as operárias de abelhas européias, em colônias africanizadas, iniciam o forrageamento mais cedo, concluí-se que, em colônias de abelhas africanizadas há mais estímulos para o forrageamento do que em colônias européias.
Desta maneira, há diferenças no forrageamento entre as colônias de abelhas africanizadas e de abelhas européias, e estas diferenças envolvem o ambiente da colônia e as respostas das operárias às condições da colônia. As diferenças comportamentais entre
as raças são fatores importantes na determinação do crescimento e para as características reprodutivas da colônia (Winston, 1987; Winston & Katz, 1982).
Estudos com raças européias demonstraram que as abelhas da subespécie Apis
mellifera carnica podem atingir distâncias maiores para forragear, que as abelhas da
subespécie Apis mellifera ligustica (Gould, 1982). Diferenças no comportamento higiênico, no comportamento defensivo (agressividade), nas preferências do forrageamento, na longevidade e na enxameação, têm sido demonstradas entre as raças e também podem variar entre os genótipos de uma colônia. Estes resultados demonstram que existem diferenças raciais na divisão de trabalho, mas estas ainda não são bem estudadas (Brillet et al., 2002).
Há também, hipóteses de que a diferença do tamanho corporal das operárias contribui para a organização social das abelhas Apis mellifera. De acordo com alguns estudos, se as abelhas maiores são melhores coletoras de alimento (talvez pelo fato de que as abelhas maiores são mais fortes, com melhor capacidade de manipular as flores ou ainda melhores para escapar de predadores) do que as abelhas menores, tais diferenças seriam uma adaptação da colônia, de modo que as operárias maiores iniciam o forrageamento mais cedo do que as operárias menores (revisado por Nowogrodzki, 1984).
Em ambos halictineos e abelhas Bombus, a nutrição larval influencia o tamanho das operárias adultas. Os indivíduos maiores em halictineos tendem a ser mais parecido com a rainha, possuem maior desenvolvimento ovariano, e geralmente não deixam o ninho para forragear. Em Bombus, as abelhas maiores iniciam a atividade forrageira mais cedo do que as abelhas menores que geralmente, realizam tarefas internas (Brian, 1952; revisado por Nowogrodzki, 1984).
Kerr e Hebling (1964), em seus estudos com abelhas Apis mellifera, estes autores concluíram que o tamanho corporal, indicado pelo peso das operárias recém-nascidas, influencia nas atividades executadas por tais operárias durante a fase adulta. Segundo estes autores, as operárias maiores executaram as tarefas do ninho mais cedo que as operárias menores. Outras vantagens encontradas nas abelhas maiores, é que estas são menos suscetíveis a envenenamentos por pesticidas do que as abelhas menores (revisado
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por Nowogrodzki, 1984), e também possuem probóscides maiores possibilitando alcançar melhor o néctar de algumas flores (Piccirillo, 2001).
Alguns fatores podem afetar o peso da operária recém emergida, o tamanho do alvéolo, o número e a idade das abelhas nutrizes, a população da colônia, a disponibilidade de pólen e néctar, fatores genéticos, doenças e as estações do ano (Winston, 1987). O tamanho dos alvéolos dos favos, nos quais as operárias se desenvolvem, sofre uma redução continua, pois as paredes dos alvéolos tornam-se mais espessas, devido ao acúmulo de própolis, de pólen, de tecidos da pupa da última muda e excrementos resultantes dos vários ciclos de crias no favo (revisado por Nowogrodzki, 1984).
Segundo Berry & Delaplane (2001) e Piccirillo & De Jong (2003) a redução no espaço do alvéolo e a relativa deficiência de alimento podem forçar as larvas mudar, prematuramente, para fase pré pupal de não alimentação, forçando assim as abelhas nutrizes opercularem os alvéolos antes do desenvolvimento total das larvas. Desta forma a redução do tamanho do alvéolo age como fator limitante do desenvolvimento larval, reduzindo o peso da abelha recém-nascida.
Essa variação no peso das operárias pode influenciar o desenvolvimento da colméia, a longevidade das abelhas, a divisão do trabalho, a morfologia das abelhas, o desempenho da colméia, susceptibilidade a doenças, a população final e a produção de mel, porém, estudos são necessários para avaliar esses fatores.
1.2.2. REGULAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE FORRAGEAMENTO DE PÓLEN
Em colônias de Apis mellifera o pólen é estocado em pequenas quantidades quando comparado ao mel (Seeley, 1985). O mel é a principal fonte de carboidrato tanto para os adultos como para as crias, enquanto o pólen é a principal fonte de proteínas. Porém o pólen é consumido principalmente pelas abelhas nutrizes, as quais secretam o alimento larval através das glândulas hipofaringeanas (Crailsheim et al., 1992).
O consumo de pólen pelas abelhas nutrizes reduz a quantidade de pólen estocado dentro da colônia (Pankiw et al., 1998). A decisão de uma abelha forrageira, de coletar pólen depende da quantidade de larva (cria), bem como da quantidade de pólen estocado
na colônia e a disponibilidade de pólen no campo (Pankiw et al., 1998; Dreller et al., 1999; Dreller & Tarpy, 2000) (Figura 1). Assim, a colônia responde às mudanças na disponibilidade dos recursos e às mudanças das condições da colônia (Pankiw et al., 1998).
Freqüentemente, as operárias caminham sobre os favos do ninho e colocam a cabeça dentro dos alvéolos, inspecionando e avaliando o estado nutricional da colônia, desta forma as operárias obtêm informações sobre as necessidades da colônia (revisado por Robinson, 1992). A regulação da quantidade de pólen estocado envolve respostas aos estímulos de dentro do ninho e a interação entre milhares de operárias comprometidas no forrageamento e no cuidado com a cria (Page & Erber, 2002). Estudos demonstraram que aumentando a quantidade de pólen (pólen adicional), dentro de uma colméia, diminui o número de forrageadoras de pólen até que, o excesso seja consumido pelas abelhas nutrizes e, a quantidade de pólen dentro da colméia retorne ao nível inicial. Assim, o efeito do pólen estocado é reduzir o forrageamento por pólen. Inversamente, respostas também ocorrem quando o pólen estocado é retirado da colméia, pois provoca um aumento no número de forrageiras de pólen até que as operárias coletem a quantidade de pólen que foi retirada (Fewell & Winston, 1992). Estes resultados sugerem um mecanismo que, inibi ou estimula o forrageamento, associado com as quantidades de pólen estocado nos favos (Dreller et al., 1999; Dreller & Tarpy 2000). Visto que, a quantidade de alvéolos vazios próximos à área de cria estimula o forrageamento por pólen, quanto maior a quantidade de forrageadoras coletando pólen, menor o número de alvéolos vazios, fornecendo assim, informações às outras forrageadoras.
A presença de larvas jovens, também afeta a quantidade de forrageiras que coletam pólen: mais larva resulta em mais forrageiras de pólen (Free, 1967; Pankiw et al., 1998; Dreller et al., 1999; Dreller & Tarpy, 2000). Segundo Pankiw et al. (1998), as larvas de Apis mellifera produzem feromônio da cria que estimulam o forrageamento por pólen. Para que possam ser estimuladas, as abelhas devem ter contato direto com as larvas, pois este estímulo não é um sinal volátil, ou seja, trata-se de um estímulo direto (Dreller & Tarpy, 2000). De acordo com os resultados encontrados por Pankiw et al. (1998) e Pankiw & Page (2001), o feromônio da cria, que estimula o forrageamento por pólen, não afeta o forrageamento de néctar, pois as abelhas que iniciaram o
Introdução 15
forrageamento, em resposta ao estímulo, foram abelhas que anteriormente não tinham sido observadas forrageando (Figura 1).
Figura 1: Mecanismos que regulam o forrageamento de pólen. Os nós são as tarefas ligadas ao forrageamento de pólen; vetores são os indivíduos transmitindo informações: F, forrageadora; N, nutridora; C, cria; R, recrutadora. As abelhas forrageiras retornam com pólen recebem informações sobre o nível de pólen estocado, pois elas guardam as cargas de pólen dentro dos alvéolos. A quantidade de pólen estocado é um feedback negativo. O pólen é removido dos alvéolos pelas abelhas nutrizes, as quais alimentam primeiro a cria em desenvolvimento e doa o excesso de pólen para as abelhas forrageiras. Receber o pólen das abelhas nutrizes é um feedback negativo para o forrageamento. As abelhas forrageiras também recebem informações da cria sobre a quantidade de pólen estocado, as quais produzem um feromônio (relacionado com a fome) quando elas não recebem alimento; o cuidado com a cria reduz o nível do feromônio. Informação sobre pólen disponível e a localização é transmitido por forrageadoras de pólen através de danças. As danças ativam operárias que ainda não estavam atuando na atividade forrageira(Modificado de Fewell, 2003).
Como descrito anteriormente, o peso das operárias é um fator importante na organização social das abelhas Apis mellifera, influenciando o comportamento de forrageamento. De acordo com resultados encontrados por Brian (1952), em colônias de
Bombus além das operárias maiores iniciarem a atividade forrageira mais cedo do que as
operárias menores, as forrageiras maiores coletam pólen e néctar enquanto as forrageiras menores coletam apenas néctar. Desta forma, em Apis mellifera, a variação do tamanho corporal poderia contribuir potencialmente para eficiência do forrageamento de pólen, assim como ocorre nas espécies de abelhas Bombus. Porém, são poucas as informações sobre o efeito do tamanho corporal no comportamento forrageiro de abelhas Apis
mellifera. Assim frente à extrema importância do conhecimento sobre o comportamento
forrageiro na sociedade das abelhas Apis mellifera, torna-se necessário estudos que avaliem os fatores que regulam este comportamento.
2. OBJETIVOS
Estudos com subespécies de Apis mellifera demonstraram importantes diferenças inter-raciais no comportamento social. Sabe-se que as abelhas africanizadas (Apis mellifera) são poli-hibridas, resultantes do cruzamento entre as subespécies européias e africana, e apresentam várias diferenças comportamentais quando comparadas as outras raças. Além disso, com o objetivo de produzir abelhas africanizadas de tamanho maior, uma prática muito comum entre os apicultores profissionais é o uso de cera estampada com padrões europeus (alvéolos maiores). No entanto, os efeitos deste tipo de prática são desconhecidos. Estudos demonstraram que o tamanho corporal, indicado pelo peso da operária recém-nascida, pode contribuir para a organização social das abelhas Apis
mellifera, porém estudos são necessários para investigar a influência comportamental de
tais fatores. Desta maneira, sendo os componentes genéticos e, o tamanho corporal, fatores importantes da divisão de trabalho, o presente estudo visa responder as seguintes questões:
1) O tamanho do alvéolo de cria interfere no peso das operárias e conseqüentemente no comportamento forrageiro das abelhas Apis mellifera?
2) Existem diferenças no comportamento forrageiro entre as abelhas africanizadas e as abelhas de raça européia?
E para responder tais questões, o presente trabalho visa examinar os seguintes objetivos específicos:
Determinar o peso ao nascer das operárias africanizadas e européias desenvolvidas em alvéolos de crias grandes e pequenos;
Analisar se existem diferenças comportamentais, relacionadas ao forrageamento, entre operárias africanizadas e européias desenvolvidas em alvéolos grandes e pequenos, bem como o início do forrageamento;
Objetivos 18
Verificar a longevidade média das operárias africanizadas e européias desenvolvidas em alvéolos de crias grandes (européia) e pequenos (africanizada);
Analisar as variáveis climáticas como temperatura, quantidade de chuva e umidade relativa durante o comportamento forrageiro das operárias africanizadas e européias.
Materiais e Métodos 19
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. LOCAL DE ESTUDO
Os experimentos foram desenvolvidos no Apiário Experimental do Departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP, e as colméias de observação foram instaladas em uma sala do Laboratório APILAB situado no mesmo departamento. O município de Ribeirão Preto - SP situa-se a uma altitude de 621 metros acima do nível do mar e o clima está entre o tropical e o subtropical, com verão chuvoso e inverno seco.
3.2. ESPÉCIES ESTUDADAS
O estudo foi realizado com abelhas Apis mellifera (abelhas africanizadas) e Apis mellifera
carnica (abelhas européias) instaladas em colméias padronizadas, modelo Langstroth. As
abelhas africanizadas, como descrito anteriormente, são poli-hibridas resultantes do cruzamento entre as subespécies européias (A. m. mellifera, A.m. ligustica, A.m. carnica e A.m. caucasiana) e africana (Apis mellifera scutellata) introduzidas no Brasil em 1839 e 1956 respectivamente. A partir disto, iniciou-se uma rápida expansão das abelhas pelo Brasil, as abelhas africanas realizaram diversos cruzamentos com as subespécies européias já existentes no país, resultando em um poli-híbrido, que posteriormente foi chamado de abelha africanizada (Gonçalves, 1974). Já a subespécie Apis mellifera
carnica é natural da região dos Alpes austríacos meridionais, entre a Eslovênia e o Vale
do Danúbio (Winston, 1987). As colônias de Apis mellifera carnica instaladas no apiário experimental foram originadas a partir de rainhas fecundadas naturalmente na Alemanha, doadas pelo Prof. Dr. Peter Rosenkranz. Para a manutenção das colônias, estas foram freqüentemente alimentadas artificialmente com xarope, uma solução de água com açúcar 50% (peso/volume) de acordo com as necessidades de cada colônia.
3.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.3.1. O EFEITO DO TAMANHO DO ALVÉOLO DO FAVO SOBRE O TAMANHO DO CORPO (PESO) DAS OPERÁRIAS.
FAVOS UTILIZADOS:
Como descrito anteriormente, o tamanho do alvéolo do favo, onde as operárias se desenvolvem, interfere no peso das operárias, ou seja, abelhas desenvolvidas em alvéolos maiores tendem a ser maiores e abelhas desenvolvidas em alvéolos menores tendem a ser menores. Sabe se que as abelhas africanizadas naturalmente constroem alvéolos do favo com diâmetro médio entre 4.6 – 4.8 mm de largura, enquanto as abelhas européias constroem alvéolos do favo com diâmetro médio entre 5.2 - 5.4 mm de largura (Piccirillo & De Jong, 2003).
A proposta desse estudo foi avaliar se o tamanho do alvéolo do favo (alvéolos grandes e pequenos) interfere no peso das operárias de abelhas Apis mellifera e a partir disso, avaliar se o peso dessas operárias apresenta alguma influência no comportamento de forrageamento. Para determinar uma possível variação no peso das operárias, foram utilizados favos contendo alvéolos grandes (5.4 mm de largura) e pequenos (4.6 mm de largura) (Figura 2).
Para a construção dos favos utilizamos quadros armados com folhas de cera alveolada com largura 5.4 mm e 4.6 mm para serem construídos pelas abelhas. Após a construção dos favos de tamanhos distintos, foram montados quadros híbridos contendo alvéolos dos dois tipos: alvéolos grandes e alvéolos pequenos no mesmo favo (Figura 3). Para calcular a média do diâmetro dos alvéolos, com a ajuda de uma régua medimos, aleatoriamente, a largura horizontal de 10 alvéolos lineares e também utilizamos um paquímetro de precisão para medir os alvéolos individualmente.
Materiais e Métodos 21
Figura 2: Esquema dos favos de cria. Nos experimentos foram usados favos com alvéolos de tamanho diferentes: alvéolos grandes (5.4 mm) e pequenos (4.6 mm). Nos figuras a seguir, as cores vermelha e azul representarão os grupos das abelhas desenvolvidas nos alvéolos grandes e os grupos das abelhas desenvolvidas nos alvéolos pequenos, respectivamente.
Figura 3: Favo híbrido. (A) Favo híbrido contendo alvéolos de dois tipos: alvéolos grandes e alvéolos pequenos no mesmo favo; (B) Alvéolos do favo híbrido com diâmetro 5.4 mm de largura (grande); (C) Alvéolos do favo híbrido com diâmetro 4.6 mm de largura (pequeno).
GRUPOS EXPERIMENTAIS:
Para avaliar a influência do tamanho corporal (peso) das operárias no comportamento de forrageamento, foram realizados dois experimentos. No experimento 1, uma rainha de
Apis mellifera africanizada foi confinada, através de uma tela excluidora de rainha, na
região central do favo híbrido por aproximadamente 10 horas. Após a postura controlada o favo híbrido foi mantido em uma colméia do apiário experimental para nutrição das larvas. Um dia antes do nascimento das operárias, o favo foi removido da colméia e transferido para uma estufa (34º C). Periodicamente, retiramos o favo da estufa para procurar abelhas nascendo. No momento do nascimento de cada operária, tais foram pesadas em uma balança de precisão, cuidadosamente, não permitindo que as operárias se alimentassem, para não provocar o aumento do peso corporal devido à ingestão de alimento. Neste experimento foram formados dois grupos distintos: abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos pequenos, 4.6 mm (AAP); abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos grandes, 5.4 mm (AAG). No total foram pesadas 599 operárias sendo 303 abelhas do grupo AAP e 296 abelhas do grupo AAG.
No experimento 2, utilizamos o mesmo procedimento experimental, porém, os grupos foram originados a partir do confinamento de uma rainha Apis mellifera africanizada em um favo híbrido, e de uma rainha Apis mellifera carnica em outro favo híbrido. Os favos foram mantidos na mesma colméia, transferidos para estufa (34º C) e abelhas foram pesadas em balança de precisão. Desta forma, neste experimento foram formados quatro grupos distintos: abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos pequenos, 4.6 mm (AAP); abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos grandes, 5.4 mm (AAG); abelhas carnicas desenvolvidas nos alvéolos pequenos, 4.6 mm (ACP) e abelhas carnicas desenvolvidas nos alvéolos grandes, 5.4 mm (ACG). No total foram pesadas 785 abelhas operárias sendo: 296 abelhas do grupo AAP; 114 abelhas do grupo AAG; 178 abelhas do grupo ACP e 197 abelhas do grupo ACG.
Sabe-se que entre os fatores que afetam o peso da operária incluem a região do favo onde as larvas se desenvolvem bem como, o número e a idade das abelhas nutrizes que alimentam as larvas. Desta forma, em ambos os experimentos, experimento 1 e 2, confinamos a rainha na região central dos favos híbridos, assim as larvas
Materiais e Métodos 23
se na mesma região do favo e foram alimentadas pelas mesmas operárias nutrizes da colméia, eliminando assim, possíveis interferências no peso destas abelhas. Além disso, descartamos somente as operárias que emergiram parasitadas por varroa, pois o ácaro reduz o peso e a longevidade das operárias (De Jong & De Jong, 1983).
3.3.2. EFEITO DO TAMANHO DO CORPO (PESO) DAS OPERÁRIAS SOBRE O COMPORTAMENTO DE FORRAGEAMENTO.
MARCAÇÃO INDIVIDUAL DAS OPERÁRIAS:
O método de marcação de abelhas é um método eficiente na análise da construção do contexto colonial através do comportamento individual. Após serem pesadas as abelhas foram marcadas sobre o tórax com etiquetas plastificadas coloridas e numeradas (Figura 4) possibilitando diferenciar os grupos das operárias.
Neste estudo foram marcadas 1384 abelhas, no experimento 1, foram marcadas 599 operárias sendo 303 abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos pequenos (AAP) e 296 abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos pequenos (AAG) e no
experimento 2, foram marcadas 785 operárias sendo 296 abelhas africanizadas
desenvolvidas nos alvéolos pequenos (AAP); 114 abelhas africanizadas desenvolvidas nos alvéolos grandes (AAG); 178 abelhas carnicas desenvolvidas nos alvéolos pequenos (ACP) e 197 abelhas carnicas desenvolvidas nos alvéolos grandes (ACG).
COLMÉIA DE OBSERVAÇÃO:
Posteriormente à marcação individual, as abelhas foram introduzidas na colônia de observação e monitoradas diariamente. Para monitorar e acompanhar o comportamento forrageiro de cada grupo (indivíduos pesados e marcados) instalamos uma colméia de observação composta por um quadro (favo) de cria e paredes laterais de vidro, através destas paredes foi possível acompanhar as abelhas forrageiras (Figura 5A). Para que a atividade da colônia fosse mantida em condições normais, tal colméia possuía uma rainha fecundada, em postura, e aproximadamente 3.500 abelhas operárias de várias idades. Após a montagem de tal colméia, a população passou por um período de adaptação, para que posteriormente fossem iniciados os experimentos.
Sabe-se, que a presença de larvas jovens afeta a quantidade de forrageiras que coletam pólen: mais larva resulta em mais forrageiras de pólen (Free, 1967; Pankiw et al., 1998; Dreller et al., 1999; Dreller & Tarpy, 2000), portanto, antes de iniciarmos os experimentos foi colocado um favo contendo larvas e ovos de operárias para estimular o forrageamento por pólen.
Na parte superior da colméia foi feito um orifício, sobre o qual foi encaixado um frasco de vidro, cuja finalidade foi oferecer xarope, uma solução de água com açúcar 50% (peso/volume), diariamente. Para permitir a entrada e saida das abelhas foi instalado, entre o ninho e a parede da sala de observação, um tubo plástico transparente de aproximadamente 10 cm de comprimento e 2,5 cm de diâmetro. Durante o período de forrageamento, para observar e monitorar o fluxo de abelhas forrageiras foi instalado um corredor de madeira especial (Figura 5B) e tal, corredor foi conectado entre o tubo plástico e o orifício na parede. Este corredor contém uma caixa com paredes e fundo de
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madeira e tampa de vidro, medindo, 20 cm x 5 cm x 3cm (comprimento, largura e altura) dotado de quatro obstáculos ou portas móveis que obrigam as abelhas a andar em zigue-zague, facilitando ao observador a identificação do número e cor das abelhas marcadas (Morais - Vátimo, 2008).
Figura 5: Colméia de observação. (A) Foi utilizada uma colméia de observação de abelhas Apis mellifera africanizada, diariamente foi oferecido alimento (xarope) às abelhas através de um frasco localizado na parte superior e tal colméia foi conectada ao ambiente externo através do corredor de madeira; (B) Corredor de madeira com tampa de vidro e os 4 obstáculos inseridos entre a colméia e o orifício na parede da sala, permitindo o acesso das abelhas ao exterior e facilitando a identificação das forrageiras numeradas.
É comum que algumas operárias mais velhas da colônia ataquem as abelhas marcadas durante a introdução dessas abelhas. Para garantir um maior índice de aceitação das abelhas marcadas pela colônia foi elaborada uma câmara adaptada (Figura 6A e 6B). A parte inferior da câmara (fundo) é fechada por uma tela de alumínio, contendo dois orifícios, pelos quais as operárias têm acesso à colméia de observação, e a parte superior da câmara é fechada por uma tampa de alumínio que veda a colméia do meio externo (Figura 6A). Antes de serem introduzidas, propriamente ditas na colméia, as abelhas foram colocadas inicialmente nesta câmara adaptada instalada na parte superior da própria colméia de observação, na qual as abelhas ficaram retidas por um período de aproximadamente 8 horas. Durante esse período, os orifícios permaneceram fechados com uma rolha, após a abertura dos orifícios as abelhas atravessaram da câmara para a
colméia. O período de confinamento foi necessário para diminuir o cheiro da cola utilizada na marcação das etiquetas e, além disso, o fundo da câmara, uma tela perfurada, permitiu que as abelhas marcadas tivessem contato com as abelhas da colméia através de trofaláxis. Durante o período de confinamento, as operárias marcadas se alimentaram de cândi, uma mistura de açúcar e mel (Morais - Vátimo, 2008).
Figura 6: Câmara de adaptação. Parte superior da colméia de observação destacando a câmara adaptada para introdução de operárias marcadas recém-nascidas; (A) Câmara de adaptação com alimento para as abelhas marcadas e os orifícios fechados com uma rolha, após a abertura dos orifícios as abelhas atravessaram da câmara para a colméia; (B) Câmara com abelhas marcadas em período de adaptação.
